CN105886740A - 一种铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，包括以下步骤：(1)将铁路车辆车轴预先等温退火；(2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次正火；(3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火。与现有技术相比，使车轴的显微组织均匀、细小，可减少因出现粗晶组织造成的晶粒度不合格、超声波探伤透声不良现象，预防因混晶造成的疲劳断裂。

Description

一种铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法
技术领域
本发明涉及钢的热处理工艺，具体涉及一种铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法。
背景技术
铁路车辆车轴钢是保证铁路车辆安全的重要部件，在铁路车辆运行过程中，车轴承受着弯曲力、扭转力、冲击力，并且长期在交变应力条件下使用，其受力情况很复杂。为了保证铁路车辆车轴钢的质量，尤其是防止车轴在使用中发生疲劳断裂，采用合理的适当的热处理工艺使车轴得到均匀、细小的的显微组织形态至关重要。
中国行业标准TB/T2945-1999《铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术条件》规定了常用LZ50钢车轴的热处理工艺为两次正火和一次回火，两次正火是指进行两次单独的正火处理，第二次正火温度要低于第一次正火温度，第二次正火时，车轴入炉温度低于500℃。回火是把经过正火的车轴重新缓慢的加热到并保持在低于临界温度的适当温度，然后以适当的速度冷却，回火时车轴的入炉温度应低于250℃。
中国发明专利申请《使用连续炉提高车轴屈服强度的热处理方法》(CN101649389A)公开日2010年2月17日，公开了使用连续炉提高车轴的热处理方法，包括：第一次正火、第二次正火和回火，第一次正火温度880℃±10℃，在冷风室冷却至500℃以下，第二次正火温度810℃±10℃，在冷风室冷却至250℃以下，回火温度510℃±15℃，在冷风室冷却至室温。
中国发明专利《一种铁路车辆用车轴钢及其制造工艺》(CN102758130B)公开日2012年10月31日，公开了一种车轴钢，钢坯的化学成分及含量(重量百分比)为：C0.50-0.60％，Si0.20-0.50％，Mn0.7-0.9％，P≤0.018％，S≤0.008％，Alt≥0.020％，Cr≤0.25％，Ni≤0.25％，Cu≤0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质。车轴坯锻造后，再进行二次正火(860℃、3h)和一次回火(510～520℃、4h)处理。
中国发明专利申请《AAR F级车轴的热处理方法》(CN102268527A)公开日2011年12月7日，提供了一种AAR F级车轴的热处理工艺，其中，包括：当第一正火炉炉内温度为860±10℃时，将车轴装入第一正火炉内，保温3.5～4小时后，取出车轴，将车轴冷却至500℃以下；当第二正火炉炉内温度为800±10℃时，将经一次正火处理的车轴装入第二正火炉内，保温3.5～4小时后，取出车轴，将车轴冷却至250℃以下；当回火炉炉内温度为530±10℃时，将经二次正火处理的车轴装入回火炉内；保温4～4.5小时后，取出车轴，将车轴自然冷却。
中国发明专利申请《车轴钢的热处理工艺》(CN 103014296A)公开日2013年4月3日，提供了一种车轴钢的热处理工艺。车轴钢的热处理工艺包括以下步骤：(1)一次正火：温度840-880℃，保温时间3-5小时，然后冷却至500℃以下；(2)二次正火：温度800-840℃，保温时间3-5小时，然后冷却至250℃以下；(3)回火：温度660-690℃，保温时间3-5小时，然后冷却至室温。解决了现有41CrMo钢没有与之配合的热处理工艺的问题。
综上所述，目前国内外中碳钢或中碳低合金钢铁路车辆车轴，一般采用2次正火+1次回火的工艺，存在的主要问题是热处理后常出现显微组织很不均匀现象、即混晶现象，按GB/T6394或ASTM E112标准检测(在车轴的1/2半径处取试样)，晶粒度级差可达2-4级。LZ50车轴经过870℃正火+810℃正火+520℃回火后在100倍的高倍显微镜下的组织如图1所示。图中有粗大的珠光体团，晶粒度为3-6级，这种组织会造成晶粒度不符合TB/T2945-1999标准要求(要求细于6级)、超声波探伤不合格(透声不良)，更为重要的是这种组织对车轴的的力学性能，尤其是疲劳性能是不利的，是车轴发生疲劳断裂的主要原因之一。
因此，行业内迫切需要有新的技术方案，通过调整热处理工艺、使得车轴显微组织均匀、细小。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，按GB/T6394或ASTM E112标准检测，晶粒度级差可控制≤1.5级，90％的产品晶粒度级差可控制≤1.0级，使车轴的显微组织均匀、细小，避免因显微组织粗大而造成的超声波探伤不合格，提高车轴抗疲劳断裂性能。
本发明提供的一种铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，包括以下步骤：
(1)将铁路车辆车轴预先等温退火；
(2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次正火；
(3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火。
进一步的，步骤(1)中预先等温退火具体为：加热到第1段保温温度Ac3以上10℃～100℃，保温时间为2-5小时，快冷至第2段保温温度Ac1以下10℃～170℃，保温时间为2-4小时，随后空气冷却；步骤(2)中一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；或两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上50℃～150℃，保温时间为2-5小时；第2次正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；步骤(3)中回火的保温温度为450℃～600℃，保温时间为2-6小时。
进一步的，步骤(1)中预先等温退火具体为：第1段保温温度为Ac3以上10℃～80℃；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上30℃～50℃；或步骤(2)所述两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上90℃～120℃，第2次正火的保温温度为Ac3以上30℃～50℃。
优选的，步骤(1)中等温退火的第1段保温温度为770℃-850℃，第2段保温温度为560℃-710℃；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为770-850℃，或步骤(2)所述两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为830-890℃，第2次正火的保温温度为770-850℃。
进一步的，步骤(1)中等温退火的第1段保温温度为790℃-820℃，第2段保温温度为600℃-700℃；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为790-820℃；或步骤(2)中所述两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为850-870℃，第2次正火的保温温度为790-820℃。
进一步的，步骤(2)中正火保温后在加速流动的空气中冷却或者在空气中用水雾加速冷却。
进一步的，步骤(3)中保温温度为500-560℃，保温时间为3.5-4.5小时。
优选的，步骤(2)中正火的保温时间为3.5-4.5小时，步骤(3)中回火的保温温度为500℃～560℃，保温时间为3.5-4.5小时。
优选的，一种铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，包括以下步骤：
(1)将铁路车辆车轴预先等温退火；第1段保温温度770℃-850℃，第2段保温温度550℃-710℃；
(2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次正火；一次正火的保温温度为770℃～850℃，保温时间为3.5-4.5小时；或两次正火的第1次的保温温度为830℃-890℃，第2次的保温温度为770℃～850℃，保温时间均为3.5-4.5小时，正火保温后在加速流动的空气中冷却或者用水雾加速冷却；
(3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火，保温温度为500℃～560℃，保温时间为3.5-4.5小时。
所述一种铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法适用于中碳钢或中碳低合金钢铁路车辆车轴的热处理，如LZ50、LZ45CrV、AAR F车轴的热处理。
本发明中第一步等温退火是为了获得更接近平衡态的显微组织，以减少粗大晶粒的组织遗传，为进一步的热处理做好组织上的准备。第二步正火是为了获得细小、均匀的显微组织。正火保温后优选在加速流动的空气中冷却或用水雾加速冷却是为了增加过冷度、提高相变形核率，进一步细化显微组织。第三步回火是为了消除所述车轴的内应力，提高车轴的塑韧性。
与现有技术相比，本发明采用了1次等温退火+1～2次正火+1次回火的车轴热处理工艺，不同于现有的2次正火+1次回火的车轴热处理工艺。采用本发明的技术方案，使车轴的显微组织均匀、细小。在车轴的1/2半径处取试样，按GB/T6394或ASTM E112标准检测，晶粒度细于6级并且晶粒度级差控制为≤1.5级,90％的产品晶粒度级差可控制≤1.0级。可减少因出现粗晶组织造成的晶粒度不合格、超声波探伤透声不良现象，预防因混晶造成的疲劳断裂。
附图说明
图1为LZ50车轴经过870℃正火+810℃正火+520℃回火后在100倍的高倍显微镜下的组织图；
图2为实施例2LZ50车轴经过810℃保温、680等温退火+810℃正火+520℃回火后在100倍的高倍显微镜下的组织图。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
一种铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，包括以下步骤：
(1)将铁路车辆车轴等温退火，加热到第1段保温温度800±10℃，保温时间为3.5-4.5小时，空气冷却至第2段保温温度620±10℃，保温时间为2.5-3.5小时，随后空气冷却；
(2)将经过步骤(1)处理后的铁路车辆车轴正火，保温温度为790±10℃，保温时间为3.5-4.5小时；在加速流动的空气中冷却；
(3)将经过步骤(2)处理后的铁路车辆车轴回火，回火的保温温度为510±10℃，保温时间为3.5-4.5小时，得到的铁路车辆车轴晶粒度7-8。
实施例2-8采用的等温退火的热处理方法及对比例1-3采用的热处理方法的参数控制、晶粒度、力学性能见下表1：
表1实施例1-8和对比例1-3车轴的热处理工艺及晶粒度、力学性能检验结果
实施例1-8和对比例1-3车轴的热处理工艺及晶粒度检验结果见表1，实施例的其它质量检验结果均符合相应产品标准的要求。晶粒度试样在车轴的1/2半径处取试样，LZ50、LZ45CrV的晶粒度按GB/T6394标准检测，AAR F的晶粒度按ASTM E112G标准检测。其中对比例1的显微组织见附图1，实施例2的显微组织见附图2。
实施例1-3与对比例1对比，显然实施例1-3的晶粒度级别较高，且晶粒度波动较小。
实施例4的晶粒度为9级，而对比例2的晶粒度为5-7级，显然实施例4的晶粒度波动较小且晶粒较细。
实施例5的晶粒度为7级，而对比例3的晶粒度为4-7级，显然实施例5的晶粒度波动较小且晶粒较细。
实施例6的晶粒度为8.9-9级，而对比例1的晶粒度为3-6级，显然实施例6的晶粒度波动较小且晶粒较细。
实施例7的晶粒度为9-9.5级，而对比例2的晶粒度为5-7级，显然实施例7的晶粒度波动较小且晶粒较细。
实施例8的晶粒度为8-8.5级，而对比例3的晶粒度为4-7级，显然实施例7的晶粒度波动较小且晶粒较细。
表2列出了用本发明的技术方案和现有技术方案热处理后晶粒度和超声波探伤检验结果的统计情况，钢种为LZ50，执行TB/T2945-1999。从表2可见，本发明的技术方案产品的的晶粒度和超声波探伤全都合格，而现有技术方案产品的的晶粒度和超声波探伤有不合格现象，虽然现有技术方案的不合格品经过重新热处理(有的重新处理了2次)后最终晶粒度和超声波探伤都合格了，但浪费了能源、增加了成本、延长了生产周期。
表2晶粒度和超声波探伤检验结果的统计情况
以上所述为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：
(1)将铁路车辆车轴预先等温退火；
(2)将步骤(1)处理后的铁路车辆车轴进行一次或两次正火；
(3)将步骤(2)处理后的铁路车辆车轴进行回火。
2.根据权利要求1所述的铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，其特征在于，
步骤(1)中预先等温退火具体为：加热到第1段保温温度Ac3以上10℃～100℃，保温时间为2-5小时，快冷至第2段保温温度Ac1以下10℃～170℃，保温时间为2-4小时，随后空气冷却；步骤(2)中一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；或，步骤(2)中所述两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上50℃～150℃，保温时间为2-5小时；第2次正火的保温温度为Ac3以上10℃～80℃，保温时间为2-5小时；步骤(3)中回火的保温温度为450℃～600℃，保温时间为2-6小时。
3.根据权利要求1或2所述的铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，其特征在于，步骤(1)中预先等温退火具体为：第1段保温温度为Ac3以上10℃～80℃；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为Ac3以上30℃～50℃；或，步骤(2)所述两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为Ac3以上90℃～120℃，第2次正火的保温温度为Ac3以上30℃～50℃。
4.根据权利要求1所述的铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，其特征在于，步骤(1)中等温退火的第1段保温温度为770℃-850℃，第2段保温温度为560℃-710℃；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为770-850℃，或步骤(2)所述两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为830-890℃，第2次正火的保温温度为770-850℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，其特征在于，
步骤(1)中等温退火的第1段保温温度为790℃-820℃，第2段保温温度为600℃-700℃；步骤(2)中所述的一次正火的工艺为：正火的保温温度为790-820℃；或步骤(2)中所述两次正火的工艺为：第1次正火的保温温度为850-870℃，第2次正火的保温温度为790-820℃。
6.根据权利要求1-5任一项所述的铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，其特征在于，步骤(2)中正火保温后在加速流动的空气中冷却或者在空气中用水雾加速冷却。
7.根据权利要求1-6任一项所述的所述的铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，其特征在于，步骤(3)中保温温度为500-560℃，保温时间为3.5-4.5小时。
8.根据权利要求1-7任一项所述的铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法，其特征在于，所述铁路车辆车轴预先等温退火的热处理方法还适用于中碳钢或中碳低合金钢铁路车辆车轴的热处理。
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